Электрический разряд

Электрический разряд - это сложный процесс образования проводящего канала, когда приложенное электрическое поле достигает критического значения [6, 7]. В результате разряда образуются различные виды плазмы. Любой разряд начинается с образования электронной лавины. Электронная лавина- это процесс увеличения числа первичных электронов за счет ионизации.

Рассмотрим плоскую щель с расстоянием между электродами d, к которым приложено напряжение V. Напряженность электрического поля в промежутке будет . Можно представить, что возле катода образовался один электрон. Этот электрон начинает двигаться к аноду, ионизируя на своем пути газ, т.е. производя вторичные электроны, образуя лавину. Лавина развивается во времени и пространстве, потому что вторичные электроны также начинают двигаться к аноду.

остоят в основном из плазмы. а во всех масштабах. звезды ванных и нейтральных частиц. ов, происходящих в разряде, с целью осуще

Рисунок 1. - Электронная лавина

Процесс ионизации удобно описать не коэффициентом ионизации, а коэффициентом ионизации Таундсена α, который показывает количество произведенных электронов, на единицу длины [8]

(1.1)

где n_e - первоначальная плотность электронов, или

(1.2)

Коэффициент ионизации Таундсена связан с коэффициентом ионизации следующим образом.

(1.3)

где υ _i - частота ионизации по отношению к одному электрону;

υ _d - скорость дрейфа электрона;

μ _е - подвижность электрона;

K_i() - коэффициент ионизации.

Принимая во внимание, что лавина начинает двигаться при комнатной температуре и подвижность электрона обратно пропорциональна давлению, удобно записать α, как , которое зависит от величины .

Согласно определению α, каждый первичный электрон генерирует в зазоре положительных ионов. Возможны потери электронов за счет рекомбинации и присоединения к электроотрицательным молекулам, таким как кислород. На данном этапе мы пренебрегаем этими потерями. Все положительные ионы, рожденные в зазоре, движутся к катоду и создают на нем γ · вторичных электронов, где γ - коэффициент ионно-электронной эмиссии, зависящий от материала катода, состояния поверхности, типа газа. Типичные значения γ в электрических разрядах 0, 01- 0, 1. В этот же коэффициент γ входит вторичная эмиссия электронов за счет фотонов и метастабильных атомов и молекул. Чтобы ток в зазоре был самоподдерживающимся, необходимо, чтобы γ · ≥ 1, потому что ионы, возникшие в лавине должны сгенерировать хотя бы один электрон на катоде, чтобы возникла следующая лавина. Теперь условие возникновения разряда можно записать так

γ · =1, (1.4)

Рассчитаем критическую величину электрического поля для возникновения разряда. Исходя из выражений (1.3, 1.4) можно записать

(1.5)

где р - давление.

Параметры А и В даны в таблице 1.1.

Объединив (1.4) и (1.5) получаем формулу для расчета электрического поля.

(1.6)

Таблица 1.1 – Параметры А и В

Газ	А (см-1·Тор-1)	В (V·см-1·Тор-1)
Воздух
СО2
Н2
Не
N2

 

; ;

, где

, основание натурального логарифма.

В результате, при наложении критического значения электрического поля между металлическими электродами возникает проводящий канал, через который проходит большой ток, потому что критическое напряжение достаточно высокое, а сопротивление канала низкое. В результате происходит сильный нагрев газа, что является нежелательным во многих плазмохимических процессах.

Рисунок 2 - Механизм образования стримера

 

Для исключения этого искрового разряда разработан механизм барьерного разряда.